1、2022 年深度行业分析研究报告 - 2 - 内容目录内容目录 总论：RNA治疗行业春风已至，将迎药物革命新浪潮.4 上篇：新冠疫情肆虐全球，mRNA疫苗一枝独秀 .6 mRNA疫苗技术介绍 .6 技术原理：mRNA是连接基因与蛋白质的桥梁.6 发展历程：关键技术的突破使得 mRNA疫苗未来可期 .7 独特优势：mRNA疫苗具备显著优势，未来发展潜力巨大 .8 应用领域：应用范围广阔，传染病、肿瘤、蛋白代替疗法.9 研发生产：关键技术在于化学修饰与递送系统 .9 专利布局：重点布局递送和修饰，新冠 mRNA疫苗专利关系复杂.10 现存挑战：重点关注 mRNA疫苗的安全性、有效性与稳定性.13

2、mRNA疫苗技术难点 .14 序列选择：正确的序列选择是成功的一半 .14 化学修饰：多种方法可调节 mRNA稳定性、翻译效率及免疫原性.14 递送系统：递送方法多元，LNPs 最为常用 .16 生产工艺：瓶颈在于原材料与规模化生产 .20 海外 mRNA三巨头布局多年，国内后起之秀百花齐放 .26 BioNTech .28 Moderna .30 CureVac .32 艾博生物 .32 斯微生物 .33 “十四五”医药工业规划出台，mRNA疫苗供应链自主可控 .35 金斯瑞.36 诺唯赞.37 近岸蛋白 .38 键凯科技 .39 图表目录图表目录 图表 1：RNA疗法分类 .4 图表 2：

3、FDA已获批的 RNA药物 .5 图表 3：小核酸药物发展历程.5 图表 4：两类 mRNA疫苗的结构构成.7 图表 5： mRNA治疗的作用机制 .7 图表 6：mRNA发展历程 .8 - 3 - 图表 7：不同疫苗的特点对比.8 图表 8：mRNA的应用领域广泛 .9 图表 9：mRNA疫苗专利申请数量趋势 .10 图表 10：mRNA疫苗专利布局情况 .10 图表 11：Moderna 与 BioNTech 的 mRNA疫苗专利布局 .10 图表 12：新冠 mRNA疫苗专利保护与许可交易关系网络. 11 图表 13：mRNA疫苗专利关键词分析. 11 图表 14： mRNA分子修饰的关

4、键专利授权情况.12 图表 15： LNP递送技术的专利授权情况 .13 图表 16：mRNA的结构示意图 .14 图表 17：mRNA疫苗递送面临的三大难点 .17 图表 18：mRNA疫苗递送系统的发展.18 图表 19：新冠 mRNA疫苗的成分对比.20 图表 20：新冠 mRNA疫苗使用的脂质.20 图表 21：mRNA的生产工艺分为上游合成和下游纯化 .21 图表 22：连续生产工艺是未来发展方向.22 图表 23：DNA原液的制备 .23 图表 24：mRNA原液的制备.24 图表 25：脂质体的包封 .25 图表 26：灌装与检验.26 图表 27：国内外部分 mRNA企业能力建

5、设与管线布局全景图.27 图表 28：mRNA的应用范围.27 图表 29：中国 mRNA疫苗在研管线 .28 图表 30： BioNTech 在研管线 .29 图表 31：Moderna 在研管线 .30 图表 32：CureVac 在研管线 .32 图表 33：LPP结构图 .33 图表 34：斯微生物在研管线 .35 图表 35：mRNA疫苗上游供应链图谱.36 图表 36：金斯瑞蓬勃生物质粒 CDMO 服务概览 .37 图表 37：诺唯赞提供的疫苗生产原料概览（部分） .38 图表 38：近岸蛋白提供的疫苗生产原料概览（部分）.39 图表 39：键凯科技提供的 LNPs 递送系统辅料概

6、览（部分） .40 - 4 - 总论：总论：RNA 治疗行业春风已至，将迎药物革命新浪潮治疗行业春风已至，将迎药物革命新浪潮 前言：前言：新冠疫情在全球范围内暴发，mRNA 疫苗在新冠疫苗的研发竞赛中一枝独秀，为防控疫情提供了有力的支持。mRNA 疫苗也逐渐走入大众的视野，学术、产业与资本等多方对 RNA 治疗领域表现出了极大的兴趣和热情。借此契机，国金证券医药团队在对 RNA 治疗行业的梳理与研究基础上，撰写了本篇 RNA 治疗行业的深度报告，报告共分为上、下两篇，上篇重点介绍 mRNA 疫苗行业，下篇重点介绍小核酸药物行业，旨在帮助各位投资者加深对 RNA治疗行业的理解。 RNA 疗法主要

7、分三类，可调控致病基因的表达。疗法主要分三类，可调控致病基因的表达。RNA 疗法是指利用具有治疗疾病功能的核酸从根源上调控致病基因表达的疗法。RNA 疗法按作用机制分为三类：1）编码治疗性蛋白或抗原的 mRNA疗法；2）以核酸为靶向，抑制致病性 RNA 活性或激活基因活性的小核酸疗法，包括反义寡核苷酸（ASO） 、小干扰 RNA（siRNA） 、微小 RNA（miRNA） 、小激活RNA（saRNA）等疗法；3）以蛋白质为靶向，调控蛋白质活性的核酸适配体（Aptamer）疗法。 图表图表1：RNA疗法分类疗法分类 来源：国金证券研究所 RNA 疗法具备多重优势。疗法具备多重优势。1958 年，

8、克里克提出中心法则：遗传信息从DNA 传递到 RNA，再传递到蛋白质，即转录和翻译。传统小分子药物与抗体药作用靶点是蛋白质，通过调控已生成蛋白质的功能来发挥疾病治疗的作用；小核酸药物的作用靶点是 RNA，可以调节蛋白质的生成；mRNA疫苗则可以在进入人体后直接表达目标蛋白。与基因疗法相比，RNA 疗法安全性更高，因为没有进入细胞核插入基因组的风险；与以蛋白质为靶点的传统药物相比，RNA 疗法具有设计简便、研发周期短、候选靶点丰富等多种优势，因此成为科学研究和产业界关注的新型疗法。 RNAi 机制曾获诺奖。机制曾获诺奖。1978 年 ASO 的概念被首次提出；1998 年首款 ASO药物福米韦生

9、（Fomivirsen）于美国获批上市；20 世纪 90 年代至 21 世纪初，研究人员又相继提出了 RNA 适配体、mRNA、siRNA 和 saRNA 等疗法；2006 年 RNA 干扰（RNAi）机制研究获得了诺贝尔生理学或医学奖；2018 年首款 siRNA 药物成功获得 FDA 批准；2020 年以 ASO 药物Milasen 为代表的超个体化药物技术，入选 MIT Technology Review 十大突破技术。 关键技术取得突破，多款药物获批上市。关键技术取得突破，多款药物获批上市。由于体内稳定性、靶向性、免疫原性等问题，RNA 疗法早期应用受到限制。近年来，化学修饰及递送系统

10、取得一定突破，RNA 疗法取得积极进展，已可应用于罕见病、肿瘤、感染性疾病、神经系统疾病、心血管疾病、代谢疾病、眼病等疾病的治疗。自新冠暴发以来，目前已有多款新冠 mRNA 疫苗凭借着出色的保护率成功获批上市。此外，已有多款 RNA 疗法产品获批，RNA 疗法将逐渐进入成果收获期。 - 5 - 图表图表2：FDA已获批已获批的的RNA药物药物 来源：FDA，医药魔方，国金证券研究所 图表图表3：小核酸药物发展历程：小核酸药物发展历程 来源：苏州瑞博招股书，国金证券研究所 - 6 - 上篇：新冠疫情肆虐全球，上篇：新冠疫情肆虐全球，mRNA 疫苗一枝独秀疫苗一枝独秀 前言：新冠肆虐，疫情防控对疫

11、苗提出新要求。 2019 年底，武汉报告首例不明原因肺炎，随后这场突如其来的新冠疫情席卷全球。新冠肺炎病毒的快速传播对疫情防控提出了极大的挑战，我们需要在短时间内研制出相应疫苗，并且快速完成疫苗的大规模生产和接种。传统疫苗研发周期长、成本高、生产难度大。例如，灭活苗和减毒苗从临床阶段开始的平均研发周期长达 10 年，花费高达 5 亿-7 亿美元；且传统疫苗多为生物制品，涉及病原体的培养与繁殖，生产的难度与对安全性的要求较高。在这次新冠疫苗的研发竞赛中，mRNA 疫苗一枝独秀，为防控疫情提供了有力的支持。mRNA 疫苗研发周期短、生产相对简单。在掌握病毒基因序列后即可快速研发对应的 mRNA 疫

12、苗，生产涉及化学合成核酸难度相对小，3 个月内即可完成 GMP生产及 QC。 综上，本文在对 mRNA 疫苗的原理、优势分析的基础上，进一步阐述mRNA 疫苗的关键技术与专利布局，最后介绍行业相关重点公司，希望可以帮助诸位读者进一步了解 mRNA疫苗行业。 mRNA 疫苗技疫苗技术介绍术介绍 技术技术原理：原理：mRNA是连接基因与蛋白质的桥梁是连接基因与蛋白质的桥梁 蛋白质是生命活动的承担者，蛋白质是生命活动的承担者，mRNA 是连接基因与蛋白质的桥梁。是连接基因与蛋白质的桥梁。1958年，克里克提出中心法则：遗传信息从 DNA 传递到 RNA，再传递到蛋白质，即转录和翻译。mRNA（信使

13、RNA）是一类单链核糖核酸，它由DNA 的一条链作为模板转录而来的、携带遗传信息并且能指导蛋白质的合成。与长度小于 60nt 的小核酸药物相比，mRNA 的长度更长，一般约为500 至 5000nt。mRNA 作为疫苗或者药物，可在人体内表达目标蛋白。因为 mRNA 在细胞内翻译且不进入细胞核，所以无整合进人体 DNA 的风险。同时，它也可作用于传统小分子药物以及抗体药物等无法触及的胞内靶点，因此具有更广阔的应用空间。 mRNA疫苗主要分为两类，均具有预防和治疗疾病的作用。疫苗主要分为两类，均具有预防和治疗疾病的作用。 1）病毒衍生的自我扩增型）病毒衍生的自我扩增型 mRNA 疫苗疫苗（SAM

14、） ：不仅可以编码目标抗原，还可以编码病毒的复制机制。因此自我扩增 mRNA 疫苗编码的遗传信息会被放大很多倍，从而使得相对低剂量的疫苗就可以产生较高水平的抗原表达；但缺点是 mRNA 体积较大，生产过程复杂，而且编码蛋白可能会诱导非预期的免疫反应，如复制机制产生的复制酶，理论上会限制其技术平台在同一人体中的重复使用。 2）非复制型）非复制型 mRNA 疫苗疫苗（NRM） ：优势在于结构简单，mRNA 体积小，对插入开放阅读框（ORF）中目标抗原转录本的大小限制更少。目前，非复制 mRNA 疫苗的研发进展较快，已有多个品种处于临床试验中；而自扩增 mRNA疫苗尚未在临床研究中进行验证。 - 7

15、 - 图表图表4：两类：两类mRNA疫苗疫苗的的结构构成结构构成 来源：CNKI，国金证券研究所 mRNA 疫苗发挥作用需要经过以下几个步骤：疫苗发挥作用需要经过以下几个步骤：1）mRNA 被各种递送载体包裹；2）注射进入人体；3）包裹 mRNA 的脂质体胞吞进入细胞；4）mRNA 在细胞内释放，利用人体的细胞器翻译表达抗原蛋白，刺激人体产生免疫反应。 图表图表5： mRNA治疗的作用机制治疗的作用机制 来源：CNKI，国金证券研究所 发展历程：关键技术的突破使得发展历程：关键技术的突破使得 mRNA疫苗未来可期疫苗未来可期 早期技术缺陷使早期技术缺陷使 mRNA 疫苗研究进展缓慢。疫苗研究进

16、展缓慢。1961 年，首次发现 mRNA；1990 年，Wolff 等人发现在小鼠肌肉组织中注射含有特定基因的质粒 DNA或 mRNA，小鼠组织局部会产生该基因编码的蛋白产物，此后多项研究发现用核酸免疫动物，可以诱导机体产生针对该核酸编码抗原的免疫力。起初，mRNA 因其高免疫原性、低稳定性、在组织内易被降解、细胞吸收率低以及生产制备的局限，发展较为缓慢。 新技术发展使得新技术发展使得 mRNA 疫苗重新得到重视。疫苗重新得到重视。近年来随着 mRNA 合成、化 - 8 - 学修饰和递送技术的发展，mRNA 的稳定性和翻译效率大幅提高，免疫原性逐步可控，在肿瘤免疫治疗领域和突发传染病领域显示出

17、巨大的商业价值，因此 mRNA疫苗重新受到重视。 图表图表6：mRNA发展历程发展历程 来源：Nature，国金证券研究所 独特独特优势：优势：mRNA疫苗具备显著优势，未来发展潜力巨大疫苗具备显著优势，未来发展潜力巨大 mRNA疫苗在研发和生产等方面具备显著优势疫苗在研发和生产等方面具备显著优势。 1）研发周期短、抗原选择范围广。研发周期短、抗原选择范围广。与传统疫苗相比，mRNA 疫苗的研发只需要在成熟技术平台上更换抗原序列即可，因此研发周期较短，在防控突发传染病等方面有巨大优势；在抗原序列方面，理论上任何可成蛋白的抗原序列均可被选择（包括原先不可成药的胞内靶点） ，因此可选范围广阔，应用

18、范围也更广阔，如：蛋白替换疗法、肿瘤免疫以及传染病疫苗等，mRNA疫苗发展潜力巨大。 2）安全性高。）安全性高。mRNA 能够被正常的细胞自然降解，半衰期与免疫原性等可通过修饰和递送系统来人工调节，因此 mRNA 疫苗安全性较高；此外，与 DNA疫苗相比，mRNA不存在感染或插入突变的风险。 3）有效性高且稳定。）有效性高且稳定。多种修饰后的 mRNA 更稳定，在细胞质中被高效摄取和表达；mRNA 疫苗具备自我佐剂特点，因此表现更强的免疫原性，有效性更高；此外，mRNA 是最小的遗传载体，因此避免了抗载体免疫，可以重复接种 mRNA疫苗。 4）生产难度低、速度快且安全。）生产难度低、速度快且安

19、全。mRNA 疫苗不依赖细胞培养技术，现有的体外转录技术能够非常快速、廉价地大规模生产 RNA 疫苗；相比于传统疫苗的 5-6 个月的生产周期，mRNA 疫苗只要掌握了病毒基因序列就可以在 40 天内完成疫苗样品的生产制备；整个生产过程仅涉及生物化学合成，因此无病毒感染风险，难度低且更安全。此外，mRNA 作为疫苗可以同时激活体液免疫和细胞免疫，效果显著。 图表图表7：不同疫苗的特点对比不同疫苗的特点对比 来源：CNKI，国金证券研究所 疫苗种类减毒/灭活疫苗亚单位疫苗D DN NA A疫疫苗苗m mR RN NA A疫疫苗苗免疫原性强弱弱高安全性低高低高抗体特异性低高低高成分不明确明确明确明

20、确制备工艺简单复杂，需佐剂简单简单研发周期8年8年3-5年3-5年生产周期5-6个月5-6个月40天40天免疫应答特征细胞免疫、体液免疫细胞免疫或体液免疫，与佐剂有关细胞免疫、体液免疫细胞免疫、体液免疫适用范围预防性疫苗预防/治疗型疫苗预防/治疗型疫苗预防/治疗型疫苗 - 9 - 应用领域：应用范围广阔，传染病、肿瘤、蛋白代替疗法应用领域：应用范围广阔，传染病、肿瘤、蛋白代替疗法 mRNA 作为疫苗，可以被广泛应用于传染病、肿瘤以及蛋白替换疗法等领作为疫苗，可以被广泛应用于传染病、肿瘤以及蛋白替换疗法等领域，应用范围较为广阔。域，应用范围较为广阔。 1）传染病领域。）传染病领域。针对传染性病原

21、体开发预防性疫苗是控制和阻止传染性疾病大规模流行的关键。mRNA 疫苗能够靶定病毒的保守区域，直接在细胞中表达产生特定抗原，激活机体的免疫应答产生抗体，从而达到预防传染性疾病的目的。目前开发的传染病 mRNA 疫苗主要针对流感、呼吸道合胞病毒、HIV等。 2）抗肿瘤领域。）抗肿瘤领域。抗肿瘤 mRNA 疫苗根据作用机理一般分为两类，基于树突状细胞（DC）给药的 mRNA 疫苗和直接注射的 mRNA 疫苗。如：Moderna 的针对实体瘤的 mRNA-4157 与 BioNTech 的针对转移性黑色素瘤的 BNT122。 3）蛋白替代疗法领域。）蛋白替代疗法领域。通过将人体变成自身蛋白加工厂，从

22、而可以用来治疗一些罕见病。如 Moderna 公司用于治疗甲基丙二酸血症（MMA）的mRNA-3704 和治疗丙酸血症（Propionic Acidemia，PA）的 mRNA-3927等。 图表图表8：mRNA的应用领域广泛的应用领域广泛 来源：Nature，国金证券研究所 研发生产：关键技术在于化学修饰与递送系统研发生产：关键技术在于化学修饰与递送系统 mRNA 疫苗的研发环节包括：疫苗的研发环节包括：抗原的选择、基因测序、选定编码目标抗原的基因序列并进行优化、修饰核苷酸的筛选、递送体系的优化、免疫效果评价、安全性评估等。 mRNA 疫苗的生产流程包括：疫苗的生产流程包括：1）mRNA 的

23、合成修饰、递送；2）在中试车间中进行疫苗生产、纯化、制剂、检测等；3）在 GMP 生产车间中进行放大生产。开发难点和关键技术点在于合成修（提高 mRNA 分子的稳定性， - 10 - 防降解）和递送系统（提高进入人体细胞的效率，使得产生抗原刺激人体产生免疫反应） 。mRNA 疫苗的工艺优势在于研发、生产速度快。因为mRNA 疫苗的研发过程较为类似，所以在研发过程中可进行高通量筛选，从而提高研发速度，此外 mRNA 疫苗的生产工艺可直接放大，成药快；而传统疫苗生产过程中，每个蛋白表达都存在差异性，需要筛选优化。 专利布局：重点布局递送和修饰，新冠专利布局：重点布局递送和修饰，新冠 mRNA疫苗专

24、利关系复杂疫苗专利关系复杂 自 2014 年开始，mRNA 疫苗的专利申请数量快速增加，其中适应症为传染病和癌症的相关专利申请数量增加较为突出；而自 2017 年开始，适应症为传染病的专利申请数量超过了癌症，可能与 MERS、Ebola 和新冠疫情的暴发有关。总体来看，目前专利重点布局递送系统和化学修饰领域，Moderna、CureVac、BioNTech 和 GSK 共同拥有近一半的 mRNA 疫苗专利申请。 图表图表9：mRNA疫苗专利申请数量趋势疫苗专利申请数量趋势 图表图表10：mRNA疫苗专利布局情况疫苗专利布局情况 来源：Nature，国金证券研究所 来源：Nature，国金证券研

25、究所 图表图表11：Moderna与与BioNTech的的mRNA疫苗专利布局疫苗专利布局 - 11 - 来源：PUBLIC CITIZEN，国金证券研究所 新冠新冠 mRNA 疫苗的专利保护与许可交易关系错综复杂。疫苗的专利保护与许可交易关系错综复杂。相比于长度较小的小核酸，mRNA 的长度较长，同时还具备复杂的二级结构，因此 mRNA对与递送系统有着更高的要求，所以我们需要重点关注递送系统以及其专利问题。以新冠 mRNA 疫苗的递送系统为例，BioNTech 不得不将其原有的 LPX递送系统更换为 LNP，而 Moderna 则冒着被诉讼的风险直接启用了专利属于 Arbutus 公司的 L

26、NP 递送系统。事实上，目前 LNP 递送系统几乎都可以追溯到同一 IP 来源。在下方的专利保护与许可交易的关系网络图中，大节点代表相关公司，小节点代表已确定的疫苗技术专利，线条代表两个公司之间的协议或专利许可交易关系。 图表图表12：新冠新冠mRNA疫苗专利保护与许可交易关系网络疫苗专利保护与许可交易关系网络 图表图表13：mRNA疫苗专利关键词分析疫苗专利关键词分析 来源：Nature，国金证券研究所 来源：Nature，国金证券研究所 mRNA 分子修饰的关键专利壁垒较高。分子修饰的关键专利壁垒较高。2005 年，Katalin 和 Drew 等人发现用假尿苷去替换 mRNA 中的尿苷，

27、不但能够让合成的 mRNA 免受免疫系统的攻击，而且显著增强了 mRNA 表达蛋白的能力。这一突破性的发现结果发表在 Immunity 杂志上，解决了 mRNA 临床应用的最大难题，从此揭开了 mRNA 临床应用的序幕。目前，mRNA 分子修饰的专利壁垒较高，专利的源头 Katalin、Drew 以及美国宾夕法尼亚大学独家授权给 mRNA Ribo Therapeautics，该公司随后将专利二次授权给 Cellscript。随后， - 12 - Cellscript 又将专利二次授权给 Moderna 和 BioNTech。Moderna 与BioNTech 的新冠 mRNA疫苗使用 N1-

28、methylpseudouridine (1m)取代尿苷(U)进行核苷修饰，显著降低了 mRNA 的先天免疫应答。相比之下，作为 mRNA 三巨头之一的 CureVac 或许因为在 mRNA 分子修饰方面存在专利问题，所以采用了未经修饰的尿苷，通过序列优化和选择非翻译区（UTRs）来增强 mRNA 的翻译，因此导致免疫原性较高、剂量较小、效果较差。 图表图表14： mRNA分子修饰的关键专利授权情况分子修饰的关键专利授权情况 来源：University of Pennsylvania，公司官网，国金证券研究所 LNP 递送技术原本用于递送递送技术原本用于递送 RNAi 药物。药物。Arbutu

29、s 是 LNP递送技术的开山鼻祖，是一家专注于乙肝的小型生物制药公司，发明 LNP 递送技术的目的主要是用于递送乙肝 RNAi 药物。该公司在取得专利后将 LNP 递送技术授权给 Alnylam，Alnylam 利用 LNP 递送技术成功上市了第一个治疗 ATTR的 RNAi 药物。然而，Alnylam 后来开发了带有葡萄糖乙酰胺靶向配体、靶向肝脏的 RNAi 技术，该技术安全性更好、给药周期更长、更方便。随后，Arrowhead 公司马上跟进该技术，研发了首个治愈乙肝潜力的 RNAi药物，并授权给强生开发。此时，乙肝 RNAi 药物的递送技术已经从 LNP转到靶向配体，Arbutus 的乙肝

30、 RNAi 药物的开发进度已经有所落后。但后来，LNP 递送技术被多家开发 mRNA 的公司所青睐，如：Moderna、Curevac、BioNtech 等。他们通过间接授权获得 LNP 递送技术，但目前产生了一定的专利纠纷。 LNP 递送技术壁垒高，专利问题尚存纠纷。递送技术壁垒高，专利问题尚存纠纷。Arbutus 将 LNP 递送技术（专利号：US8058069）部分转移给加拿大公司 Acuitas，并规定 Acuitas 只在“antisense”和“基因治疗”两个领域拥有 LNP 技术的使用和二次授权权利。2016 年，Acuitas 却违规地将 LNP 全部 技术二次授权给Moder

31、na 以及 CureVac。但 Arbutus 并不认可此次的二次授权并向法院提起诉讼。根据法院判决，Moderna 只被允许在 4 种病毒疫苗的研发上继续应用 Arbutus 的 LNP 递送系统，其余的应用授权都无效。2017 年，Arbutus 终止了 Acuitas 继续使用和二次授权 LNP 递送技术的权益。2018年，Arbutus 与 Riovant 公司共同成立了 Genevant，并将 LNP递送技术的权益转移给 Genevant。Genevant 拥有 LNP 递送系统专利，包括纳米颗粒制备专利和阳离子脂质（MC3）专利，其中 MC3 专利预计 2030 年到期。BioNT

32、ech 从 Genevant 得到 Arbutus 的专利授权，使用 Arbutus 的 LNP递送系统是因为已经有使用该技术的药物被 FDA审批通过，递送系统的安全性有保证，并能够加速审批时间。此外，Moderna 从 2018 年开始挑战Arbutus 的 LNP专利，包括当年授权给 Acuitas 的 US8058069，但是该专利挑战失败。此外，Moderna 也开始自主研发 LNP 递送技术。但 Arbutus指出，根据 Moderna 所发表的文献、报告和专利分析，Moderna 很难在 - 13 - 不依靠 Arbutus 专利的情况下开发出有效的脂质体递送技术。目前，Moder

33、na 之前获得授权的 4 个产品仍然保留了 LNP 递送技术的使用权，其他授权目前已终止。Moderna 新冠疫苗 mRNA-1273 采用自研的 LNP 递送系统。BioNTech 目前共有三种递送系统：Genevant 授权的 LNP、自研的 RNA-LPX、自研的多聚体 纳米粒，其中新冠疫苗 BNT162 采用Genevant 授权的 LNP。CureVac 目前的 LNP 专利情况不清晰，或需要向Genevant 申请 LNP技术适用权限。 图表图表15： LNP递送技术的专利授权情况递送技术的专利授权情况 来源：公司官网，国金证券研究所 现存挑战：重点关注现存挑战：重点关注 mRNA

34、疫苗的安全性、有效性与稳定性疫苗的安全性、有效性与稳定性 mRNA 疫苗或药物创新程度较高，应重点关注疫苗或药物创新程度较高，应重点关注 mRNA 疫苗的安全性、有疫苗的安全性、有效性与稳定性。效性与稳定性。 1）安全性：）安全性：mRNA 疫苗成分复杂、生产及制剂工艺难度高，所以对安全性有较高的要求。安全性风险主要来自于 mRNA 和递送系统两个方面，应重点关注与脂质相关的毒性问题，如：阳性聚合物材料自身的毒性或安全性、制剂及贮存期间产生的降解产物以及各类杂质累积的安全性风险等； 2）有效性：）有效性：mRNA 疫苗的有效性主要由递送效率、翻译效率以及免疫原性等因素决定； 3）稳定性：）稳定

35、性：mRNA 稳定性较弱，在人体内极易被酶降解，半衰期仅有 7小时；此外，作为递送系统的脂质也应保证一定的稳定性，从而保证高效稳定的递送效率。 从从 mRNA疫苗的研发生产流程来看，应重点关注下列问题：疫苗的研发生产流程来看，应重点关注下列问题： 1）序列选择：）序列选择：应重点关注目标抗原的选择、序列的优化、核苷酸的化学修饰、表达效率、免疫原性、二级结构、稳定性等。 2）mRNA：应重点关注 mRNA 的修饰比例、加帽/尾效率、去磷酸化程度、mRNA 降解片段、mRNA 的完整性及序列的准确性、dsRNA、mRNA 含量等。 3）递送系统：）递送系统：应重点关注递送系统的组成成分、配比、来源

36、、生产工艺、质量控制、稳定性、杂质。以脂质纳米颗粒为例，应重点关注电荷、粒径分布、pH 值、纳米颗粒对 mRNA 的包封率、包封后 mRNA 的完整性、功 - 14 - 能性及含量、mRNA 释放效率等问题，电荷会影响纳米粒的稳定性、入胞效率、内体逃逸及不良反应等；pH 值会影响递送材料与 mRNA 复合的效率。 4）杂质：）杂质：应重点关注聚正电荷材料相关杂质，包括材料合成产生的杂质及 mRNA 复合过程中可能产生的杂质；不饱和脂质的氧化及相关降解产物；纳米颗粒聚集产生的颗粒物也是潜在杂质；未组装的脂质分子、阳离子物质、游离 mRNA。其中，未组装的脂质分子会影响 LNP 的稳定性；游离mR

37、NA 易降解，同时也可能引起非特异免疫刺激，影响产品的安全有效性。 5）生产工艺及质量研究工艺：）生产工艺及质量研究工艺：临床样品制备工艺应具备一定规模、生产连续性和放大可行性； mRNA 原液生产工艺应关注 mRNA 序列完整性、加帽率、去磷酸化、PolyA 尾长度、纯度、mRNA 序列生物活性表达、工艺相关杂质的去除、产品相关杂质残留等；纳米颗粒生产工艺应关注现有制剂规模、放大能力、耗材使用次数、GMP 符合情况等；纳米颗粒质量研究应关注包封率、粒径分布、纳米粒的稳定性、纯度、不完整 LNP、纳米颗粒各成分含量、工艺相关杂质的去除、免疫原性等。 mRNA 疫苗技术难点疫苗技术难点 序列选择

38、：正确的序列选择是成功的一半序列选择：正确的序列选择是成功的一半 正确选择病毒的抗原序列非常重要。正确选择病毒的抗原序列非常重要。宿主可根据 mRNA携带的编码信息来合成任何蛋白质，所以 mRNA 疫苗在选择抗原方面异常灵活。但在选择特定病毒的正确抗原时必须非常谨慎，要保证疫苗包含 RNA 所编码的蛋白既安全又有效。由于不同的蛋白质是由不同的 RNA 序列编码，因此找到最佳蛋白质抗原是确定 mRNA 疫苗研发方向的关键。严重急性呼吸综合征（SARS）和中东呼吸综合征（MERS）暴发多年后仍未研发出疫苗的原因之一就是尚未就哪种抗原既安全又有效达成广泛共识。 mRNA 序列的优化也十分重要。序列的

39、优化也十分重要。Moderna 等公司与 Amazon 等合作解决序列优化的问题；斯微生物通过与全球公司合作并借助“AI+云计算”技术，开发独特算法技术（proprietary） ，以实验数据矫正数字模型，并改善预测和序列设计的准确性和效率。与传动的序列优化平台相比，该技术可以把mRNA的表达效率提高 3-4 倍，并降低 mRNA的降解比例。 化学修饰：多种方法可调节化学修饰：多种方法可调节 mRNA稳定性、翻译效率及免疫原性稳定性、翻译效率及免疫原性 mRNA 的结构组成含有几个必要的元件，依次包括帽子结构（Cap） 、5UTR 区、编码抗原蛋白的开放阅读框（ORF） 、3UTR 区和 Po

40、ly（A）尾结构。通过对 mRNA 的元件进行设计，可以提高 mRNA 的稳定性和翻译效率。除了不稳定性和翻译效率外，mRNA 的另一个缺点是免疫原性过高。目前的策略是在 mRNA 分子中掺入化学修饰过的核苷酸，可显著提高其翻译效率，延长其半衰期，同时达到降低其免疫原性的目的。 （注：图中标注为 CDS，CDS 与 ORF 略有不同。ORF 直接由 DNA 决定，在理论上可以编码相应蛋白，但并未在实际中被验证；而 CDS 直接由 cDNA 决定，是已在实际中被验证可以编码相应蛋白。 ） 图表图表16：mRNA的结构示意图的结构示意图 来源：CNKI，国金证券研究所 Cap 结构结构 - 15

41、- Cap 结构与 mRNA 的稳定性和免疫原性密切相关，还会影响 mRNA 的翻译效率。主要功能有：1）作为翻译起始的必要结构，为核糖体对 mRNA的识别提供了信号；2）增加 mRNA 的稳定性，保护 mRNA 免遭 53核酸外切酶的降解；3）作为自身识别信号，避免激活 Rig-I 及 IFIT 而导致的免疫抑制。通过引入抗-反转帽子类似物（ARCA） ，可以提高 mRNA 的翻译效率；此外，在 ARCA 基础上修饰 Cap 结构，还可以提高 mRNA 的稳定性。 5UTR 区区 5UTR 区的结构特征是影响 mRNA翻译效率的主要因素之一。在真核细胞中，翻译开始前 mRNA 需要招募核糖体

42、亚基结合到其 5m7G cap 上，但起始密码子又常常在 5m7G cap 下游较远的地方，所以核糖体亚基需要经过 5UTR 到达起始密码子 AUG 处,从而开始翻译。因此, 5UTR 的长度和结构对翻译的起始具有重要影响。此外，紧密的二级结构会阻止核糖体的结合, 所以在设计 mRNA时, 5UTR 不能太长或太紧密。 在设计 mRNA 时,应该避免在 5UTR 区域引入上游开放阅读框序列和起始密码子 AUG。上游开放阅读框序列是存在 5UTR 的一段包含起始密码子和终止密码子的连续碱基序列，它可能会抑制 ORF 区基因的表达，也可能导致 mRNA 的降解，因此对蛋白表达具有负面影响。最后,在

43、 5UTR 区域引入强的 Kozak 序列可以加强起始密码子的识别,让 mRNA 更容易被翻译，避免避免错误启动（在哺乳动物中 Kozak 序列是 GCCRCCAUGG，其中 R 代表嘌呤） 。 开放阅读框开放阅读框（ORF） 在 mRNA的开放阅读框（ORF）中，将常用的密码子去替换不常用的密码子，即密码子优化，这一过程可以提高 mRNA 的稳定性和翻译效率。在开放阅读框（ORF）中，每相邻的 3 个核苷酸组成密码子，在翻译时代表某一种氨基酸。密码子的组成对 mRNA 的翻译效率和稳定性都有显著影响。同义密码子是指序列不同但是对应相同氨基酸的密码子,而不同生物常用的密码子组成都不相同。故将

44、mRNA注射到人体内, 原宿主的 mRNA包含的密码子虽然对应相同的氨基酸，但是并不常用，导致 mRNA 进入人体后不稳定并且翻译效率低，所以需要进行密码子优化。此外，通过增加嘌呤和胞嘧啶（GC）含量也有一定正面效果。 3UTR 区区 3UTR 区是 mRNA不稳定因素的集中区域，其中 AU富集序列（AREs） 、AUUUA 重复序列和 GU 富集序列（GREs）是 3UTR 引起 mRNA 不稳定的最常见因素。因此，在合成的 mRNA 中应避免这些序列。3UTR 内的AU 富集序列（AREs）是激活 mRNA 快速衰变的顺式作用序列, AREs 上的 AUUUA重复序列数量和位臵对 Poly

45、（A）尾的缩短和 RNA降解有关键的影响。而该区域上的另一 GU 富集序列（GREs）, 在哺乳动物细胞中能与 CELF1 蛋白结合从而加快 mRNA 的衰变。此外，通过引入稳定元件，可以显著提高 mRNA 的稳定性，延长其半衰期。例如，BioNTech 公司专利中使用了 2 个球蛋白（-globin）串联的 3UTR，这大大地增强了mRNA 的稳定性。此外，人类和球蛋白的 3UTR 可增强 mRNA 的稳定性和翻译效率，头尾排列的人类 2 个-球蛋白的 3UTR 可增加 mRNA的稳定性。 Poly（A）尾尾 Poly（A）尾是影响 mRNA 翻译效率和稳定性的重要因素。在翻译效率方面，Po

46、ly（A）尾和 5帽的协同作用可以增加翻译效率；在稳定性方面，Poly（A）尾的去除是大多数真核 mRNA 降解的第一步和限速步骤，且Poly（A）尾的存在可以抑制 mRNA 的降解和脱帽。Poly（A）尾的重要作用决定了实验中对 mRNA 进行加尾处理的必要性。在体外为 mRNA 加尾有两种方式：第一种是先进行体外转录，再通过酶促多聚腺苷酸化将Poly（A）尾加到 mRNA 上；第二种是将 Poly（A）尾序列加在模板上，直接通过体外转录合成带 Poly（A）尾的 mRNA。通过酶促反应进行加尾 - 16 - 时，需要注意 Poly（A）尾后若有其他碱基可能会影响其功效，因此应避免在体系中混

47、入其他核苷酸。与此同时，最好将 Poly（A）尾的长度保持在最佳的 100 至 120 个核苷酸。例如，在 BioNTech 公司公开的专利中，长度为 120 个核苷酸的 Poly（A）尾有最高的稳定性和翻译效率。但由于酶促反应进行加尾受到温度、酶质量等反应条件的影响较大，导致 Poly（A）尾长度无法保证完全一致，故在大多临床试验中只能保证加尾长度最少为多少，如果需要保证精准的 Poly（A）尾长度则需采用第二种方法。 核苷酸类似物核苷酸类似物 通过使用核苷酸类似物可以提高 mRNA 的稳定性、降低免疫原性并且增加翻译效率。如：假尿苷（） 、5-甲基胞苷（m5C） 、N6-甲基腺苷（m6A）

48、 、5-甲基尿苷（m5U）和 2-硫尿苷（s2U）等，其中尿嘧啶类似物在核苷酸修饰中较为常见。 递送系统：递送方法多元，递送系统：递送方法多元，LNPs 最为常用最为常用 三大难点是胞外屏障、内体逃逸与胞内免疫三大难点是胞外屏障、内体逃逸与胞内免疫。 目前，mRNA 疫苗发展受限的一大原因是递送系统。如何特异性地将mRNA 递送进入靶细胞需要解决三大难点：胞外屏障、内体逃逸与胞内免疫。mRNA 疫苗只有经过这三重考验后才到达细胞内靶部位，最终发挥功能。 1）胞外屏障：）胞外屏障：第一个胞外屏障是 mRNA 分子在全身给药时易受胞外血清中 RNA 水解酶（RNAse）的降解。因此需要在递送 mR

49、NA 时要将其包裹在密封载体内而避免被酶水解，从而保证 mRNA 可以顺利到达靶细胞。第二个胞外屏障是单核吞噬系统（MPS）可以识别并消除外来的纳米颗粒（NPs） ，而参与吞噬过程的主要有肝和脾中的巨噬细胞，这就导致 NPs在这两种组织中聚集，使得 mRNA在其他组织中的转染变得困难。 2）内体逃逸：）内体逃逸：当到达靶细胞时，携带 mRNA 的载体通过内吞的方式进入细胞质，这也是最常见的载体进入细胞内的方式。内体逃逸是指 mRNA 需要从内体小泡中释放出来，进而跟宿主细胞核糖体结合被翻译成抗原蛋白，抗原蛋白经过修饰后被分泌出细胞从而发挥作用。在内体小泡中，mRNA能够被 Toll 样受体（T

50、oll-like receptors，TLRs）检测到并被送去降解，因此内体逃逸对于 mRNA到达核糖体至关重要。 3）胞内免疫：）胞内免疫：当外来 mRNA 被递送到细胞质中时，能够被 TLR3 和TLR7/8 识别，或者通过激活细胞质中的维甲酸诱导基因 I 样受体（RIG-I-like receptors，RLRs）从而激活天然免疫系统。同时，外来的 mRNA 还可以通过激活 TLRs 诱导干扰素（IFN）-和 IFN-等 I 型干扰素等促炎细胞因子的表达。所以，合成的 mRNA 疫苗可以通过激活不同的细胞因子来促进 mRNA 免疫后的细胞或者体液反应，从而作为良好的自佐剂。但是胞内免疫也